(57)【要約】【課題】多灯照明装置に於いて、プリズムのつなぎ部における光損出、および、プリズムに備える反射処理のコストアップを抑え、信頼性向上を課題とする。【解決手段】複数の光源部１０１，１０４と、光を導く複数の第１のロッドインテグレータ１１１、１１２と、第１のロッドインテグレータからの光を導く第２のロッドインテグレータ１１８とを備える多灯照明装置であって、第１のロッドインテグレータ１１１、１１２は、長手方向に互いに平行な反射面を有し、かつ、両端に互いに平行な入射面と出射面とを有し、第２のロッドインテグレータ１１８は、長手方向に互いに平行な反射面を有し、かつ、両端に反射面に垂直な入射面と出射面とを有し、光源発光部の光学的な重心部を通り、光の出射方向と一致する光軸１０９、１１０は、第１のロッドインテグレータの入射面の略中心に入射する様配置されていることを特徴とする多灯照明装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光源と、前記複数の光源の各光源からの光を導く複数の第１のロッドインテグレータと、前記複数の第１のロッドインテグレータからの光を導く第２のロッドインテグレータとを備える多灯照明装置であって、
前記第１のロッドインテグレータは、長手方向に互いに平行な反射面を有し、かつ、両端に互いに平行な入射面と出射面とを有し、
前記第２のロッドインテグレータは、長手方向に互いに平行な反射面を有し、かつ、両端に前記反射面に垂直な入射面と出射面とを有し、
前記光源発光部の光学的な重心部を通り、光の出射方向と一致する光軸は、第１のロッドインテグレータの入射面の略中心に入射する様配置されていることを特徴とする多灯照明装置。
【請求項２】
第１のロッドインテグレータの反射面に有効な入射光が全反射する入射角θｉは、前記第１のロッドインテグレータの入射面において、前記有効な入射光の最外角の光と光軸との成す角をθｃ、前記第１のロッドインテグレータの屈折率をｎ１としたとき、
ｎ１ＳＩＮ（θｉ―ＳＩＮ―1（ＳＩＮ（θｃ）／ｎ１））＞１
の関係が成り立つことを特徴とする請求項１記載の多灯照明装置。
【請求項３】
第１のロッドインテグレータの入射面近傍には反射ミラーを備え、光源からの光を折り曲げ、光軸が第１のロッドインテグレータの入射面に垂直に入射することを特徴とする請求項１記載の多灯照明装置。
【請求項４】
光源と第１のロッドインテグレータは、それぞれ２つであり、
前記２つの光源は対向する位置にあることを特徴とする請求項３記載の多灯照明装置。
【請求項５】
光源と第１のロッドインテグレータは、それぞれ４つであり、
前記光源は対向する位置に２つずつ２組配置されていることを特徴とする請求項３記載の多灯照明装置。
【請求項６】
第１及び第２のロッドインテグレータは、ガラスロッドインテグレータであることを特徴とする請求項１記載の多灯照明装置。
【請求項７】
光源は放電ランプと楕円形状の反射面を備えたリフレクタとからなり、前記リフレクタは、一方の焦点が放電ランプ発光部に、他方の焦点が第１のロッドインテグレータの入射面上にあることを特徴とする請求項１記載の多灯照明装置。
【請求項８】
光源は、放電ランプと放電ランプの光を開口方向に反射する反射面を備えたリフレクタと集光レンズとから成り、前記集光レンズにより前記放電ランプの光が集光される位置は、第１のロッドインテグレータの入射面上にあることを特徴とする請求項１記載の多灯照明装置。
【請求項９】
光源は、ＬＥＤとＬＥＤからの光を集光する集光レンズとから成り、前記集光レンズにより前記ＬＥＤからの光が集光される位置は、第１のロッドインテグレータの入射面上にあることを特徴とする請求項１記載の多灯照明装置。
【請求項１０】
第１のロッドインテグレータの出射面と第２のロッドインテグレータの入射面とは、平行に、かつ、近傍にあるいは密接して配置されていることを特徴とする請求項１記載の多灯照明装置。
【請求項１１】
請求項１〜９記載いずれか１項に記載の多灯照明装置と、第２のロッドインテグレータからの光を導くリレー光学系と、前記リレー光学系によって導かれた光の照明位置に配置された画像表示素子と、前記画像表示素子上の画像を拡大投射可能な投写レンズとからなる投写型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多灯合成方式でロッドインテグレータを用いた照明装置に関するもので、特に高輝度の投写型画像表示装置に最適なものである。
【背景技術】
【０００２】
投写型画像表示装置は小型可搬型機、小中規模会議室用の中型機、大会議室や映画館など用途に向けた高輝度大型機に大きく分類できる。このうち特に大型機は近年台頭してきたフラットディスプレイでは置き換わることができないことから着実に市場を拡大している。
【０００３】
その大型機市場では大出力で発光部が小型の光源として高圧水銀灯が用いられており、大型機でも特に輝度が高いものはキセノン光源を用いている。しかしながら後者は発光部が小さくても管球が大きくなる、発光効率が低いことから大きな電源を必要とし、装置全体が非常に大きくなることから用途は限られる。このような理由から比較的小型化が可能な高圧水銀灯を複数用いて高輝度化を実現している高輝度機が各社より商品化されている。
【０００４】
このように近年増加しつつある光源を複数搭載している高輝度機において更なる高輝度化を図る方策の一つに光源の電力アップがあるが、光源開発、冷却手段の開発などが必要であり容易ではない。高輝度化のための方策のもう一つとして複数の光源からの光を合成する際の合成効率を向上させることがある。熱に変わっていた光を有効に使うことで、同じ電力で高輝度化が出来ることから本来選択すべき方策として重要である。
【０００５】
この複数の光源からの光の合成効率の向上は各社から提案されている。主な引例を以下に示す。
【０００６】
以下特許文献１について説明する。複数の光源からの光を合成し、照度分布を均一にするロッドインテグレータの入射側に偏向部材が設けられている。この偏向部材はロッドインテグレータに入射する直前の各光源からのシステム光軸が入射面に垂直に入射するように透過偏向させる。この偏向部材は屈折型プリズムを用いている。
【０００７】
また特許文献２は以下の通り。複数の光源からの光を合成し、照度分布を均一にする主ロッドインテグレータの入射側に直角プリズムと組みになった副ロッドインテグレータが設けられている。この直角プリズムはロッドインテグレータに入射する直前の各光源からのシステム光軸が入射面に垂直に入射するように反射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３０８７７８号公報
【特許文献２】米国特許第７０３３０５６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら実用面から以下のような課題が挙げられる。
【００１０】
文献１の屈折プリズム出射面はロッドインテグレータの入射面に対して傾いて設置されることから、間隔が広く開くロッドインテグレータの入射面中心付近に集光する光の一部は異なる光源側の光の屈折面に入射してしまうことから有効に照明域に至らない損出となってしまう。
【００１１】
文献２に於いて直角プリズムは実際には数ミリメートルの大きさとなるが、その入出射面に反射防止マルチコート、反射面には耐熱性のある多層膜ミラーコーティングが必要になる。この大きさでは研磨後にコーティングを行う場合コーティング治具の陰が出来てしまうことから、大きく作成しコーティング後に研磨する工程が一般的である。後になるコーティング後には無駄な部分が無く研磨できないことからコート陰がどこかに残ってしまう。また、作った物は高価な物に成ってしまう課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明にかかる多灯照明装置は、複数の光源と、前記複数の光源の各光源からの光を導く複数の第１のロッドインテグレータと、前記複数の第１のロッドインテグレータからの光を導く第２のロッドインテグレータとを備える多灯照明装置であって、前記第１のロッドインテグレータは、長手方向に互いに平行な反射面を有し、かつ、両端に互いに平行な入射面と出射面とを有し、前記第２のロッドインテグレータは、長手方向に互いに平行な反射面を有し、かつ、両端に前記反射面に垂直な入射面と出射面とを有し、前記光源発光部の光学的な重心部を通り、光の出射方向と一致する光軸は、第１のロッドインテグレータの入射面の略中心に入射する様配置されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、第１のロッドインテグレータの反射面に有効な入射光が全反射する入射角θｉは、前記第１のロッドインテグレータの入射面において、前記有効な入射光の最外角の光と光軸との成す角をθｃ、前記第１のロッドインテグレータの屈折率をｎ１としたとき、
ｎ１ＳＩＮ（θｉ―ＳＩＮ―1（ＳＩＮ（θｃ）／ｎ１））＞１
の関係が成り立つことを特徴とするものである。
【００１４】
また、第１のロッドインテグレータの入射面近傍には反射ミラーを備え、光源からの光を折り曲げ、光軸が第１のロッドインテグレータの入射面に垂直に入射することを特徴とするものである。
【００１５】
また、光源と第１のロッドインテグレータは、それぞれ２つであり、前記２つの光源は対向する位置にあることを特徴とするものである。
【００１６】
また、光源と第１のロッドインテグレータは、それぞれ４つであり、前記光源は対向する位置に２つずつ２組配置されていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、第１及び第２のロッドインテグレータは、ガラスロッドインテグレータであることを特徴とするものである。
【００１８】
また、光源は放電ランプと楕円形状の反射面を備えたリフレクタとからなり、前記リフレクタは、一方の焦点が放電ランプ発光部に、他方の焦点が第１のロッドインテグレータの入射面上にあることを特徴とするものである。
【００１９】
また、光源は、放電ランプと放電ランプの光を開口方向に反射する反射面を備えたリフレクタと集光レンズとから成り、前記集光レンズにより前記放電ランプの光が集光される位置は、第１のロッドインテグレータの入射面上にあることを特徴とするものである。
【００２０】
また、光源は、ＬＥＤとＬＥＤからの光を集光する集光レンズとから成り、前記集光レンズにより前記ＬＥＤからの光が集光される位置は、第１のロッドインテグレータの入射面上にあることを特徴とするものである。
【００２１】
また、第１のロッドインテグレータの出射面と第２のロッドインテグレータの入射面とは、平行に、かつ、近傍にあるいは密接して配置されていることを特徴とするものである。
【００２２】
さらに、本発明の投写型画像表示装置は、前記の多灯照明装置と、第２のロッドインテグレータからの光を導くリレー光学系と、前記リレー光学系によって導かれた光の照明位置に配置された画像表示素子と、前記画像表示素子上の画像を拡大投射可能な投写レンズとからなるものである。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、高輝度機において多灯で光源を用いながらも、効率よく光を用いることが可能となり、しかも小型な装置で、その実現にかかる費用も最小限に抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１の実施の形態による多灯照明装置構成図
【図２】第１の実施の形態の副ロッドインテグレータ入射部拡大図
【図３】第２の実施の形態による投写型画像表示装置構成図
【図４】第２の実施の形態のロッドインテグレータ周辺拡大図
【図５】４灯式照明装置のロッドインテグレータ説明図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明にかかる多灯照明装置、投写型画像表示装置の実施の形態を図１〜図５を用いて説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
第１の実施の形態による多灯照明装置１００の全体構成図を図１に示す。第１のＬＥＤ光源部１０１は基板上に実装されたＬＥＤ光源１０２から出射された光を前方に配置された集光レンズ１０３により集光される。同様に第２のＬＥＤ光源部１０４は基板上に実装されたＬＥＤ光源１０５から出射された光を前方に配置された集光レンズ１０６により集光される。第１のＬＥＤ光源部１０１の集光位置１０７、第２のＬＥＤ光源部１０４の集光位置１０８はそれぞれ第１のロッドインテグレータである副ロッドインテグレータ１１１、１１２の入射面１１３、１１４上に設定されている。また第１のＬＥＤ光源部１０１の基準光軸１０９，第２のＬＥＤ光源部１０４の基準光軸１１０はこの入射面１１３、１１４に垂直に入射する。
【００２７】
副ロッドインテグレータ１１１，１１２は平行な入出射面１１３，１１４，１１６，１１７を備えた６面体であり、前記入出射面は他の４面とは図１のように傾いて設定されている。その傾きは入射面１１３，１１４に基準光軸１０９，１１０に沿って入射する光を全反射するように設置されている。
【００２８】
具体的には図２において前記第１のＬＥＤ光源部１０１の基準光軸１０９が前記副ロッドインテグレータ１１１の入出射面１１３，１１６以外の４面のうちの入射面に対向する面１１５に入射する入射角θｉは、光源からの有効な光の最外角の光と光源基準光軸１０９との空気中での成す角θｃ、第１のロッドインテグレータは中実であり、その材料の屈折率をｎ１とすると、最も全反射しにくい光は基準光軸１０９と最も大きな角度を成し、面１１５に最も小さい角度で入射する光である。すなわちその入射角は入射面１１３に入射した基準光軸１０９に対し角θｃを成す最外角の光は副ロッドインテグレータ１１１に入射した後、基準光軸１０９と成す角θｃｎ１は次のようになる。
【００２９】
θｃｎ１＝ｓｉｎ―1（ｓｉｎ（θｃ）／ｎ１）
この光が前記面１１５に成す入射角をθｉｍｉｎとしたときにその値は以下のようになる。
【００３０】
θｉｍｉｎ＝θｉ―ｓｉｎ―1（ｓｉｎ（θｃ）／ｎ１）
この光が全反射するためには以下の関係が必要となる。
【００３１】
ｎ１ｓｉｎ（θｉｍｉｎ）＞１
言い換えれば次のことが言える。
【００３２】
ｎ１ｓｉｎ（θｉ―ｓｉｎ―1（ｓｉｎ（θｃ）／ｎ１））＞１
ちなみにθｃ＝３０゜、ｎ１＝１．５とすれば以下のようになる。
【００３３】
θｉ＞６１．３゜
また、副ロッドインテグレータ１１１、１１２の出射面１１６、１１７の面積の和は第２のロッドインテグレータである主ロッドインテグレータ１１８の入射面１１９の面積に等しく設定されている。このとき副ロッドインテグレータ１１１、１１２を経た第１のＬＥＤ光源部１０１の基準光軸１０９，第２のＬＥＤ光源部１０４の基準光軸１１０は主ロッドインテグレータ１１８の入射面１１９に垂直に入射する。
【００３４】
このようにして主ロッドインテグレータ１１８に入射した光は内部反射を繰り返して出射面１２０では均一な光を出射することが出来る。
【００３５】
このようにして２つの光源からの光を効率よく合成し、均一照明を可能に出来る。この構成では全反射のみで光を伝搬することからロッドへの反射ミラーコートは不要であることから、コスト、発熱を抑えることが出来る。
【００３６】
また、第１のＬＥＤ光源部１０１の基準光軸１０９，第２のＬＥＤ光源部１０４の基準光軸１１０は入射面１１３，１１４に垂直に入射する、副ロッドインテグレータ１１１、１１２の出射面１１６，１１７と主ロッドインテグレータ１１８の入射面１１９は近接あるいは密接し平行であり、副ロッドインテグレータで反射を繰り返した基準光軸１０９、１１０はこれを垂直に通る。これにより、各光源のｅｔｅｎｄｕｅの和が主ロッドインテグレータ１１８の出射面１２０でのｅｔｅｎｄｕｅと等しくすることが出来る。この際に各光源の光は副ロッドインテグレータ１１１、１１２の入射面１１３、１１４にすべて入射されていることが前提となる。
【００３７】
（実施の形態２）
第２の実施の形態による投写型画像表示装置２００の全体構成図を図３に示す。第１の光源部２０１は管球内において電極間に放電を行うことでプラズマを生じせしめ高輝度な光を発する放電ランプ２０２、楕円形状の反射面を備えたリフレクタ２０３とからなり、前記リフレクタ２０３は一方の焦点を放電ランプ２０２の発光部に、もう一方の焦点２０４を第１の副ロッドインテグレータ１１１の入射面１１３上に有する（図４）。前記第１の副ロッドインテグレータ１１１の入射面１１３の近傍には反射ミラー２０５が斜めに備えられており、第１の光源部２０１からの基準光軸２０６が前記第１の副ロッドインテグレータ１１１の入射面１１３に垂直に入射する。
【００３８】
同様に、第２の光源部２０７においても同じ機能を備えた放電ランプ２０８、リフレクタ２０９とからなり、前記リフレクタ２０９も焦点２１０を第２の副ロッドインテグレータ１１２の入射面１１４上に有する。前記第２の副ロッドインテグレータ１１２の入射面１１４の近傍には反射ミラー２１１が斜めに備えられており、第２の光源部２０７からの基準光軸２１２が前記第２の副ロッドインテグレータ１１２の入射面１１４に垂直に入射する。
【００３９】
第１の実施の形態と同様に、副ロッドインテグレータ１１１，１１２は平行な入出射面を備えた６面体であり、前記入出射面は他の４面とは図４のように傾いて設定されている。その傾きは入射面１１３、１１４に基準光軸２０６，２１２に沿って入射する光を全反射するように設置されている。
【００４０】
全反射に関する詳細は第１の実施の形態と同様なのでここでは割愛する。
【００４１】
また、副ロッドインテグレータ１１１、１１２の出射面１１６、１１７の面積の和は主ロッドインテグレータ１１８の入射面１１９の面積に等しく設定されている。このとき副ロッドインテグレータ１１１、１１２を経た第１の光源部２０１の基準光軸２０６，第２の光源部２０７の基準光軸２１２は主ロッドインテグレータ１１８の入射面１１９に垂直に入射する。
【００４２】
このようにして主ロッドインテグレータ１１８に入射した光は内部反射を繰り返して出射面１２０では均一な光を出射することが出来る。
【００４３】
出射面１２０から出射された光はコンデンサレンズ２１３，２２０、リレーレンズ２１４，フィールドレンズ２１５により導かれ、入射偏光板２１６を透過後、画像表示素子である液晶パネル２１７に入射する。液晶パネル２１７は２次元的に配列された画素毎に外部信号により独立して制御可能である。液晶パネル２１７を透過した光は出射側偏光板２１８に至る。前記液晶パネル２１７の各画素では入射される光の偏光方向を９０゜変更する、あるいはしないことを制御し、出射側偏光板を透過できるか吸収されて熱に変わるか選別される。ここを透過した光は投写レンズ２１９に入射し図にはないスクリーンに投写される。
【００４４】
上記においては画像表示素子として液晶パネルを用いたが、反射型デバイスであるＤＭＤ（デジタルミラーデバイス）、反射型液晶デバイスでも応用可能であることは言うまでもない。
【００４５】
本実施の形態では光源を放電ランプ、楕円形状の反射面を備えたリフレクタで構成したが、放電ランプ、放物面あるいは焦点距離の長い楕円面、集光レンズで構成することも可能である。
【００４６】
副ロッドインテグレータ１１１，１１２の入射面１１３，１１４の近傍に反射ミラー２０５，２１１を配置することで光源の大きさが大きな場合でも干渉無く配置することが可能となる。
【００４７】
また、前記反射ミラー２０５，２１１は扱う光量が少ない場合はアルミ増反射処理をした物でも良いが、耐熱性が必要な場合は多層膜による反射ミラーで有ることが望ましく、特に赤外線、紫外線を含む光源を用いる場合はこれらのみ透過する特性をもつ物であることが望ましい。
【００４８】
本実施の形態では光源を放電ランプとしたが実施の形態１のようにＬＥＤなど別の光源であっても応用可能である。
【００４９】
図５において、４灯式ロッドインテグレータ３００について説明する。
【００５０】
上記実施の形態１，２では光源部を２つ備えた構成であったが、図５の様に主ロッドインテグレータ１１８の入射面に対し平行な入出射面とそれに傾いてなる４つの面から成る４つの副ロッドインテグレータ３０１，３０２，３０３，３０４を用いて図にはない４つの光源部からの光を合成することが可能となる。実施の形態２のように反射ミラーを合わせた構成でも応用可能であることは言うまでもない。また、前記副ロッドインテグレータ３０１，３０２，３０３，３０４の出射面の面積合計は主ロッドインテグレータ１１８の入射面の面積に等しいことは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、高輝度な多灯で光源を用いながらも、効率よく光を用いることが可能となり、しかも小型で、その実現にかかる費用も最小限に抑えることが出来る投写型画像表示装置等に用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１００  第１の実施の形態の多灯照明装置
１０１  第１のＬＥＤ光源部
１０２  ＬＥＤ光源
１０３、１０６  集光レンズ
１０４  第２のＬＥＤ光源部
１０５  ＬＥＤ光源
１０７、１０８  ＬＥＤ光源部の集光位置
１０９、１１０  ＬＥＤ光源部の基準光軸
１１１、１１２  副ロッドインテグレータ
１１３、１１４  副ロッドインテグレータの入射面
１１５  副ロッドインテグレータの入射面に対向する面
１１６、１１７  副ロッドインテグレータの出射面
１１８  主ロッドインテグレータ
１１９  主ロッドインテグレータの入射面
１２０  主ロッドインテグレータの出射面
２００  第２の実施の形態の投写型画像表示装置
２０１  第１の光源部
２０２、２０８  放電ランプ
２０３、２０９  楕円形状の反射面を備えたリフレクタ
２０４、２１０  リフレクタ焦点
２０５、２１１  反射ミラー
２０６、２１２  光源部からの基準光軸
２０７  第２の光源部
２１３、２２０  コンデンサレンズ
２１４  リレーレンズ
２１５  フィールドレンズ
２１６  入射偏光板
２１７  液晶パネル
２１８  出射側偏光板
２１９  投写レンズ
３００  ４灯式ロッドインテグレータ
３０１、３０２、３０３、３０４  ４灯用副ロッドインテグレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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